Методические указания к лабораторным работам “Цифровые функционально-логичекие элементы” (стр. 2 )

Рисунок 6. Диаграмма сигналов D-триггера.

Проверить работу входов D и C согласно рис. 6.

JK-триггер имеет три входа: J, K и С (синхронизация). Если соединить вместе входы J и K, то получится вход D, и JK-триггер превратится в D-триггер. Если на вход К постоянно дать низко, а на вход J дать постоянно высоко, то сигнал на выходе Q будет переключаться на противоположное значение при каждом скачке сигнала вверх на входе С. Такой режим работы называется «счетным», так как используется в счетчиках импульсов (последующая лабораторная работа), его диаграмма сигналов показана на рис.7. Триггер в счетном режиме называют «счетным триггером». Важно отметить, что число импульсов на выходе Q в 2 раза меньше, чем на входе С.

Рисунок 7. Диаграмма сигналов в счетном режиме работы.

D-триггер можно перевести в счетный режим, если соединить его инверсный выход Q со входом D. В этом случае при поступлении синхро-импульса в D-триггер будет записываться значение Q, противоположное существующему. Если на вход К дать высоко, а на вход J - низко, то выход Q будет оставаться неизменным, какие бы сигналы не подавались на вход С, такой режим называется «хранением данных». Четыре различных режима работы JK-триггера в зависимости от сигналов на входах J, K и С приведены в таблице.

Таблица 1 Режимы работы JK-триггера

Проверить работу JK-триггера во всех режимах, указанных в таблице.

Содержание отчета: для микросхемы ТМ2 начертить условное графическое обозначение и графики зависимостей выхода Q от входов R, S,D, C; для микросхемы ТВ15 начертить условное графическое обозначение и графики зависимостей выхода Q от входа С в режиме счета, а также таблицу режимов.

Контрольные вопросы:

1.  Сформулируйте кратко алгоритм работы RS-триггера,

2.  Сформулируйте кратко алгоритм работы D-триггера,

3.  Сформулируйте кратко алгоритм работы JK-триггера,

4.  Как получить D-триггер из JK-триггера?

5.  Как получить из JK-триггера счетный триггер?

6.  Как получить счетный триггер из D-триггера?

7.  Начертите схему D-триггера в счетном режиме и объясните ее работу.

Лабораторная работа №3

Счетчик импульсов

Исследуется работа реверсивного счетчика импульсов ИЕ7.

ИЕ7

Рисунок 7. Условное графическое изображение реверсивного счетчика импульсов ИЕ7

Существует большое разнообразие счетчиков импульсов, рассматриваемый счетчик ИЕ7 обладает большим набором функций, которые в том или ином виде выполняются в других счетчиках. Подсчитываемые импульсы поступают на входы +1 и -1, текущее число импульсов в счетчике дают выходы Q0,.. Q3 в виде четырехразрядного двоичного числа N(t) с диапазоном значений от 0 до 15 (2n -1, где n = число разрядов двоичного числа). Каждый импульс, поступивший на вход +1 добавляет 1 к N(t), а каждый импульс на входе -1 вычитает 1 из N(t), иначе говоря, по входу +1 получается инкремент N(t), а по входу -1 получается декремент N(t).

Если максимальное число подсчитываемых импульсов больше 15, то к выходу микросхемы ИЕ7 подключают еще одну микросхему ИЕ7, тогда максимальное число импульсов составит 24+4 -1 = 255. Можно подключить на выход еще одну микросхему ИЕ7, тогда максимальное число составит 24+4+4 -1 = 4095 и т. д. Текущее число поступивших импульсов N(t), учитывая инкремент и декремент, дают выходы микросхем Q, причем добавление на выход счетчика еще одной микросхемы ИЕ7 увеличивает разрядность N(t) на четыре старших разряда. Выход «>15», дающий импульс переноса в старшие разряды, соединяется со входом «+1» следующей микросхемы ИЕ7, а выход «<0», дающий импульс заема из старших разрядов, соединяется со входом «-1».

Выполнение работы:

1.  При отключенном питании (тумблер «Сеть вниз») нужно подключить один из белых проводов к ножке 8, а красный провод к ножке 16. Проверить работу входа +1, для этого нужно соединить с ним желтый провод, по которому при нажиме на кнопку поступает импульс и увеличивает число N(t) на 1. В самом начале счета требуется задать начальное число, от которого ведется счет, обычно это число равно 0, для этого на вход R нужно подать высоко, а затем сделать на нем низко, подключив постоянно белый провод. Перед подачей первого импульса на всех выходах Q3 Q2 Q1 Q0 должно быть низко, что соответствует четырехразрядному двоичному числу «ноль» (0000). После подачи первого импульса должно быть 0001, после подачи второго импульса должно быть 0010 и т. д., то есть должен получаться натуральный ряд двоичных чисел. После подачи 15 импульсов на выходе счетчика должно быть 1111. После подачи следующего 16-го импульса на выходе будет ноль (0000), но с выхода «>15» подается импульс переноса в старшие разряды. Начертить диаграмму сигналов для входа «+1» и выходов: «Q0 Q1 Q2 Q3 >15».

2.  Далее следует проделать аналогичные действия при подаче импульсов на вход «-1» и начертить диаграмму сигналов для входа «-1» и выходов: «Q0 Q1 Q2 Q3 <0».

3.  Счетчик ИЕ7 позволяет считать не только от нуля, но и от любого другого числа, которое нужно записать в него перед началом счета. Для этого предусмотрены входы: D0 D1 D2 D3, куда подается это число. Имеется также управляющий вход РЕ, который задает: либо режим счета, как было ранее, при высоком РЕ; либо режим предварительной записи числа при низком РЕ. Проверить режим предварительной записи числа, например, числа 0011 (3). При РЕ низком Q = D, а после подачи высокого РЕ Q фиксируется. Такая работа характерна для триггеров-защелок, которые позволяют быстрее передавать на выход значение входа и не ждать синхро-импульса, как в D-триггере.

Содержание отчета: условное графическое обозначение ИЕ7, диаграмма сигналов: «+1, Q0, Q1, Q2, Q3, >15»; диаграмма сигналов: «-1, Q0, Q1, Q2, Q3, <0».

Контрольные вопросы:

1.  Напишите натуральный ряд двоичных чисел от 0 до 15, по какой формуле образуются позиционные числа?

2.  Объясните детально сигналы переноса «>15» и заема «<0».

3.  Как задается в ИЕ7 режим счета импульсов и режим предварительной записи начального числа?

4.  Почему триггер-защелка быстрее передает информацию со входа на выход, чем D-триггер?

Лабораторная работа №4

Регистры

Исследуется работа двух типов регистров: сначала параллельного регистра ИР23, затем сдвигающего регистра ИР13.

ИР23

Питание: +5 В на 20, общий на 10.

Рисунок 8. Параллельный регистр ИР23 с тремя состояниями на выходе

Данный регистр может хранить информацию в один байт, что равно 8 битам, Можно представить, что в этом регистре имеется 8 D-триггеров с общим синхро-входом С. Параллельный регистр можно представлять себе как набор D-триггеров, число которых равно разрядности регистра. Регистры используются для хранения и работы с многоразрядными величинами, например числами, символами и т. д. Особенностью данного регистра ИР13 является наличие трех состояний на выходе, тога как обычные линии имеют 2 состояния: «высоко и низко». Третье состояние легче всего пояснить простой электрической схемой, показанной на рис.9.

Рисунок 9. Объяснение третьего высокоомного состояния на выходной линии

На выходе каждого D-триггера внутри регистра, например D-триггера в линии D0-Q0 имеется ключ, который можно размыкать, подавая на вход ЕО (Enable Output) высокий уровень, и замыкать, подавая низкий, что показано для наглядности пунктиром. Если нужно соединить выходы нескольких регистров с одной линией, то необходимо соблюдать следующее правило: только один регистр может быть электрически соединен с общей линией, остальные регистры должны быть отключены. Это означает, что низким может быть вход ЕО только у одного регистра. Если не использовать выходы микросхем с тремя состояниями, а только с двумя (высоко-низко), то нельзя соединять их электрически, поскольку на них могут быть разные уровни сигнала и в результате получится не низко и не высоко, то есть нарушится работа. Такие регистры, как ИР23, используются, например, для создания шин в ЭВМ.

Выполнение работы с регистром ИР23: при отключенном питании (тумблер «Сеть вниз») нужно подключить один из белых проводов к ножке 10, а красный провод к ножке 20. Подключить белый провод к ножке 1 (ЕО) и желтый провод к ножке 11 (С). Проверить работу D-триггеров регистра, записывая туда информацию со входов D (высоко и низко) по нажиму на кнопку (скачок уровня на входе С) и наблюдая сигнал на соответствующем выходе Q, подключая туда зеленый провод. Записав на Q высоко, отключить от белого провода вход ЕО, этот вход станет высоким, тогда индикатор, подключенный к Q погаснет, так как разомкнется ключ внутри микросхемы. При подаче на ЕО низкого уровня (подключение белого провода) индикатор должен вновь засветиться, так как ключ вновь замкнется.

Питание: +5 В на 24, общий на 12.

Рисунок 10. Сдвигающий регистр ИР13

Сдвигающий регистр служит для преобразования информации из параллельного представления в последовательное во времени и наоборот. Регистр такого типа используется, например, на выходе последовательного порта СОМ в ПЭВМ. В этом порте 8 бит байта передаются последовательно один за другим, начиная с младшего (Q0), по одной передающей линии. Для регистра ИР13 эта передающая линия была бы подключена к выходу Q0. Первоначально ПЭВМ подает этот байт на входы D сдвигающего регистра и затем, подав синхро-импульс на вход С, записывает этот байт на выходы Q в режиме параллельной записи. Данный регистр следует считать передающим, так как на приемном конце эта передающая линия соединена со входом DSL такого же сдвигающего регистра, который следует считать приемным. После параллельной записи байта за один такт передающий регистр переходит в режим сдвига, при котором биты на выходах Q начинают сдвигаться вверх на один разряд при подаче одного импульса С. Таким образом за 8 тактов, вместе с тактом параллельной записи, весь байт будет передан по линии. Приемный регистр выстраивает за 8 тактов эти последовательные биты в один байт, который первоначально был записан в передающем сдвигающем регистре. Далее этот принятый байт поступает в приемнике на последующую обработку.